Bilgisayar destekli otomatik sistemli fiksatörün tasarımı ve biyomalzemelerin tasarıma etkisinin analizi
Küçük Resim Yok
Tarih
2025
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Düzce Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
İnsan vücudunun şeklini oluşturan ve hareket etmesini sağlayan kemikler, yaşamın temel fonksiyonlarının yerine getirilmesinde kritik bir rol oynar. Ancak kemikler, düşme, çarpma, burkulma veya aşırı yüklenme gibi dış kuvvetler sonucunda kırılabilir. Kırılma sonrası kemik bütünlüğünün bozulması, hareket kısıtlılığına, günlük aktivitelerin yerine getirilememesine ve hatta ciddi şekilde yaşam kalitesinin düşmesine neden olur. Bu nedenle, kemiklerin doğru bir şekilde iyileşmesi ve tekrar yük taşıyabilecek sağlamlığa kavuşması büyük önem taşır. İyileşme sürecini desteklemek ve kemikler arasında doğru kaynamayı sağlamak için de fiksatör cihazları kullanılmaktadır. Fiksatörler, kemiklerin doğru hizalanmasını sağlayarak kaynama sürecinde stabil bir ortam oluşturur ve aynı zamanda kemiklerin deformitelerinin düzeltilmesi ya da uzatılması (distraksiyon osteogenezisi) gibi işlemlerde kullanılır. Distraksiyon osteogenezisi, kemiğin cerrahi olarak uzatılmasını ve yeniden şekillendirilmesini mümkün kılan bir tekniktir. Ancak manuel olarak çalışan fiksatörlerin kullanımı sırasında, uygulama hataları, kullanıcıya bağlı performans değişiklikleri ve uzun süreçlerde hassasiyet kaybı gibi sınırlamalar ortaya çıkmaktadır. Bu sınırlamalar, özellikle kemik fragmanlarının stabilitesini sürekli olarak doğru bir şekilde koruma ihtiyacını zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, manuel fiksatörlere alternatif olarak daha hassas ve kullanıcıdan bağımsız bir otomatik sistem geliştirilmesi gerekliliği doğmuştur. Bu çalışmada, femur kemiğine uygulanan distraksiyon osteogenezisi sürecinde kemik fragmanlarının stabilitesini sağlamak ve manuel çalışan fiksatörlere bir alternatif olarak otomatik bir fiksatör tasarımı geliştirilmiştir. Tasarımlar, SolidWorks 2021 yazılımı kullanılarak oluşturulmuş, ANSYS 2023 R1 yazılımında ise çeşitli yükleme senaryoları altında statik analizler gerçekleştirilmiştir. Analizlerde kullanılan femur kemiği ile fiksatörün geometrik ve malzeme özellikleri dikkate alınmıştır. Elde edilen veriler, fiksatörün femur kemiğiyle entegrasyon etkinliğini, yük taşıma kapasitesini ve olası yapısal zayıflıkları değerlendirmek için kullanılmıştır. Sonuç olarak tasarlanan yeni fiksatör sistemi, kemik deformitelerinin düzeltilmesi veya uzatılması gibi işlemlerde manuel sistemlere kıyasla başarı oranını %16,40 artırmaktadır.
The skeletal structure, which shapes the human body and enables movement, plays a critical role in performing essential life functions. However, bones are susceptible to fractures caused by external forces such as falls, impacts, twists, or excessive loading. Following a fracture, the disruption of bone integrity can lead to mobility limitations, the inability to perform daily activities, and even a significant decline in quality of life. Therefore, ensuring the proper healing of bones and their restoration to a load-bearing state is of great importance. Fixator devices are commonly used to support the healing process and promote proper bone union. By maintaining correct alignment of the bones, fixators create a stable environment during the healing process. They are also employed in procedures such as correcting bone deformities or lengthening bones through a process known as distraction osteogenesis. Distraction osteogenesis is a surgical technique that facilitates the lengthening and reshaping of bones. However, the use of manually operated fixators has limitations, including application errors, user-dependent performance variations, and a loss of precision over prolonged treatment durations. These challenges make it difficult to consistently maintain the stability of bone fragments. Consequently, there is a growing need for an alternative to manual fixators in the form of more precise and user-independent automated systems. This study focuses on the design of an automated fixator as an alternative to manual systems, specifically for ensuring the stability of bone fragments during distraction osteogenesis applied to the femur. The designs were created using SolidWorks 2021 software, and static analyses under various loading scenarios were conducted using ANSYS 2023 R1 software. The geometric and material properties of both the femur bone and the fixator were considered in the analyses. The obtained data were utilized to evaluate the integration efficiency of the fixator with the femur, its load-bearing capacity, and potential structural weaknesses. The results indicate that the newly designed fixator system increases the success rate in procedures such as correcting bone deformities or lengthening compared to manual systems, achieving a 16.40% improvement.
The skeletal structure, which shapes the human body and enables movement, plays a critical role in performing essential life functions. However, bones are susceptible to fractures caused by external forces such as falls, impacts, twists, or excessive loading. Following a fracture, the disruption of bone integrity can lead to mobility limitations, the inability to perform daily activities, and even a significant decline in quality of life. Therefore, ensuring the proper healing of bones and their restoration to a load-bearing state is of great importance. Fixator devices are commonly used to support the healing process and promote proper bone union. By maintaining correct alignment of the bones, fixators create a stable environment during the healing process. They are also employed in procedures such as correcting bone deformities or lengthening bones through a process known as distraction osteogenesis. Distraction osteogenesis is a surgical technique that facilitates the lengthening and reshaping of bones. However, the use of manually operated fixators has limitations, including application errors, user-dependent performance variations, and a loss of precision over prolonged treatment durations. These challenges make it difficult to consistently maintain the stability of bone fragments. Consequently, there is a growing need for an alternative to manual fixators in the form of more precise and user-independent automated systems. This study focuses on the design of an automated fixator as an alternative to manual systems, specifically for ensuring the stability of bone fragments during distraction osteogenesis applied to the femur. The designs were created using SolidWorks 2021 software, and static analyses under various loading scenarios were conducted using ANSYS 2023 R1 software. The geometric and material properties of both the femur bone and the fixator were considered in the analyses. The obtained data were utilized to evaluate the integration efficiency of the fixator with the femur, its load-bearing capacity, and potential structural weaknesses. The results indicate that the newly designed fixator system increases the success rate in procedures such as correcting bone deformities or lengthening compared to manual systems, achieving a 16.40% improvement.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Biyomühendislik, Bioengineering, Mühendislik Bilimleri
